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肌內電極:賦予義肢真感覺

  趣味   科學   本報訊 過去幾十年中,雖然人工義肢的外觀和結構已經大為改善,但在基本功能和控制方面的進展緩慢。   近日,美國凱斯西儲大學公佈研究成果,其研究團隊利用肌內電極的植入,給予義肢逼真的觸覺,大大改善患者對義肢的控制。   文/天樂   來自美國俄亥俄州的斯皮特幾年前在一次工傷中失去了右手,手臂以下截肢。2年前開始,斯皮特與另一名截肢患者與凱斯西儲大學和退伍老兵醫療中心合作,開始用肌內電極賦予義肢以感覺的試驗。   實驗中,凱斯西儲大學神經工程師泰勒的研究團隊在兩位受試人員的剩餘手臂的3條神經周圍植入電極,併在其義肢的指尖套上壓力傳感器,傳感器的信號可以轉化成不同電刺激模式,以模仿健康人的正常感受。   “有正常人的感覺”   斯皮特和另一名受試者定期到醫療中心,科研人員利用機器給予他們的義肢電流刺激。隨著試驗進展,斯皮特說自己的義肢開始有了正常人的感覺。   從前,拿東西或摘水果等細微動作是人工義肢的弱項,因為義肢毫無感覺,截肢患者必須仔細觀察,揣摩力度,再小心翼翼地做出動作,但即便如此,仍不可避免用力過輕過重帶來的失敗。正是因為這種不便和挫敗感,很多截肢患者在使用一段時間後就將義肢束之高閣。   植入肌內電極給截肢患者帶來了新希望。科研人員與斯皮特最近進行了一次摘水果實驗,受試者被要求蒙著眼睛摘葡萄和小番茄,在沒有開啟電流刺激前,他們摘下來的水果大多數都被捏爛了;開啟電流刺激後,被摘下的水果完好無損(右圖)。   不過,要讓神經與傳感刺激器連接,必須在受試人員上臂植入電極,連接線也必須穿透皮膚,這極易造成皮膚感染或電極損壞。但兩位參與者已經小心翼翼地使用了植入電極兩年,這也證明植入電極或可長期使用。目前,泰勒正在研究如何縮小刺激器的尺寸,使其有一天能完全植入皮下。   活動範圍更大   在另一項研究中,瑞典查爾姆斯理工大學生物醫學工程師馬克斯的團隊改進了人造義肢發送運動命令的方式。   傳統義肢系統通過外置電極記錄肌肉活動來破譯佩戴者的行動意圖。該方法是非侵入性的,但肌肉和傳感器之間的皮膚和組織層會扭曲信號,影響義肢的控制性。為了直接獲取肌肉的信號,馬克斯採用了新設計,利用鈦螺絲將義肢直接與骨頭相連,將記錄電極直接植入肌肉中。與以往插入式的設計相比,這個義肢系統的穩定性更好,運動範圍也更大。   肌內電極此前僅進行過動物研究和短期的人體試驗。而加泰羅尼亞的新義肢從2013年1月起,便由一位名叫馬格努斯的貨車司機在使用。“感覺就像一個真正的手臂。”馬格努斯說,他以前的義肢依靠皮膚傳感器,不但難以控制,冬天還經常不聽使喚;而移動新義肢只需用上以前五分之一的力氣。  (原標題:肌內電極:賦予義肢真感覺)  
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